JPS594105A - 電圧非直線抵抗体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、電圧非直線抵抗体、さらに詳しくは過電圧保
護用素子として用いられる酸化亜鉛（ＺｎＯ）を主成分
とした電圧非直線抵抗体に関する。

従来、電子機器、電気機器の過電圧保護を目的として、
それぞれシリコンカーバイト（ＳｉＣ）　、セレン（Ｓ
ｅ）、シリコン（Ｓｌ）又はＺｎＯを主成分としたバリ
スタが利用されている。中でもＺｎＯを主成分としたバ
リスタは、一般に制限電圧が低く、電圧非直線指数が大
きいなどの特徴を有しているため、半導体素子のような
過電流耐量の小さいもので構成される機器の過電圧に対
する保護に適しているので、　ＳｉＣよりなるバリスタ
などに代って広く利用されるようｌこなった。

またＺｎＯを主成分とし、副成分として希土類元素、コ
バル）（Ｃｏ）およびマグネシウム（Ｍｇ）又はカルシ
ウム（Ｃａ）を元素又は化合物の形で添加して焼成する
ことにより製造される電圧非直線抵抗体が電圧非直線性
に優れていることが知られている。しかし、このような
電圧非直線抵抗体においては、長波尾のサージ電流耐量
がやや低いという欠点や課電寿命性能が低いなどという
欠点があり、素子の小型化を行う上で問題があった。

本発明は長波尾サージによる素子の破壊機構を究明し、
さらに破壊防止を行うことを実現し、同時に課電寿命特
性をも向上させた、小形で高長波尾サージ電流耐量かつ
課電寿命特性の優れた電圧非直線抵抗体を提供すること
を目的としている。

ここに本発明者は、ＺｎＯを主成分とし、副成分として
希土類元素、コバルトおよびマグネシウム又はカルシウ
ムを添加してなる従来技術の電圧非直線抵抗体において
、大電流の長波尾サージが印加されると、素子表面に備
えられた電極の外周部において電界集中による電流集中
が発生し、かかる電流集中が素子の破壊をもたらす事実
を見出した。また抵抗体内部においては、局部的な不均
質部が存在している事実を確認し、直流電流通電時にこ
の不均質部への電流集中が発生し、特性劣化をもたらす
ことを見出した。

このような問題点を解決すべく研究を進めた結果、副成
分として更に硼素およびアルミニウム、ガリウム、イン
ジウムの中から少くとも一種を添加することにより、素
子外周部が内部よりやや高抵抗化する事実、さらにこれ
が電極外周部での電流集中を防止し長波尾サージ電流耐
量が向上する事実をも見出した。一方抵抗体内部におけ
る不均質部も同時に消滅し、課電寿命の大巾な向上がな
された電圧非直線抵抗体が得られることを見出し、本発
明を完成した。

しかして本発明によれば、ＺｎＯを主成分とし、副成分
として希土類元素、コバルト、マグネシウムおよびカル
シウムの少くとも一方を含む電圧非直線抵抗体において
、更に副成分として硼素およびアルミニウム、ガリウム
、インジウムの中から少くとも一種を添加したことを特
徴とする電圧非直線抵抗体が提供される。

ここで原子チとは、所定の電圧非直線抵抗体を製造する
ために配合された原料組成物中の各成分金属元素の原子
数の総和に対する添加金属元素の原子数の百分率を意味
する。

本発明に従う電圧非直線抵抗体は、一般ｌこはＺｎＯと
添加成分の金属又は化合物との混合物を酸素含有雰囲気
のもとて高温で焼成し、焼結させることによって製造さ
れる。

通常、添加成分は金属酸化物の形で添加されるが、焼成
過程で酸化物になり得る化合物、例えば炭酸塩、水酸化
物、弗化物およびその溶液なども用いることができ或い
は単体元素の形で用いて焼成過程で酸化物にすることも
できる。

特に好ましい方法によれば、本発明の電圧非直線抵抗体
は、ＺｎＯ粉末に添加成分金属又は化合物の粉末を十分
に混合し、焼成前に空気中で５００〜１０００°０で数
時間仮焼し、仮焼物を十分に粉砕し、所定の形状に成形
し、次いで空気中で１１０ｆｆ”−１４００°Ｃ程度の
温度で数時間焼成することにより製造される。１１００
°Ｃより低い焼成温度では焼結が不十分で特性が不安定
である。また１４００°Ｃより高い温度では、均質な焼
結体を得ることが困難となり、電圧非直線性が低下し、
特性の制御などの再現性に難点があり、実用に供する製
品を得がたい。

ここで本発明をさらに例示するために実施例を示す。

実施例 ＺｎＯ粉末にＰＩ　ｓｏ■、　Ｃｏ　１０４　、ＭｇＯ
，Ｂ＊Ｏｓ　。

Ａｌ　、０．粉末を後記の第１表に記載の所定の原子係
に相当する量で添加し、十分に混合した後、５００〜１
０００℃で数時間仮焼した。次いで仮焼物を十分に粉砕
し、バインダーを加えて直径１７５− 閣の円板状に加圧成型し、１１００〜】４００°Ｃで空
気中で１時間焼成して焼結体を得た。この様にして得ら
れた焼結体を厚さ２ｍの試料に研磨し、その両面に電極
を焼付けて素子を作り、その電気的特性を測定した。

電気的特性としては２５°Ｃにおいて素子に１ｍＡの電
流を流した時の電極間電圧Ｖ　Ｉ　ｍ　Ａ、１ｍＡ〜］
ＱｍＡでの非直線指数α並びに長波尾サージ電流耐量と
して２ｍ５ｅｃ、　１００Ａの矩形波電流を２０回印加
し前後のＶ　ｌ　ｍ　Ａの変化の平均値を求めた。又課
電寿命特性としては、直流２０ｍＡを５分間通電し、前
後のＶ、μＡ（１Ａ八通電時の電圧）の変化を求めた。

非直線指数αは、素子電流Ｉの電圧Ｖに対する変化を次
式に近似した時に得られる。

Ｉ　−（−）” に こで、Ｃは電流密度がｌ　ｍ　Ａ／ｃｒ＆のときの素子
の厚さ当りの電圧である。

抵抗体の配合組成を種々変えたときの電気的　６− 特性の測定結果をも併わせで第１表に示す。第１表に示
した配合組成は、配合された原料中の各成分金属元素の
原子数の総和に対する添加元素の原子数の比から算出さ
れる原子チで示されている。

第　　１　　表 第１表のつづき 試料Ｎａ　ＩはＺｎＯにＰｒ、Ｃｏ、Ｍｇのみを添加し
て製造した従来の磁器に相当し、その長波尾サージ電流
耐量特性は−１００，０％、課電寿命特性は−１９，６
％、非直線指数は３７である。本発明の目的である長波
尾サージ電流耐量が良好である、即ち−１００，０％よ
り０％に近く、課電寿命特性が向上した、即ち−１９，
６％より０％ｌこ近い試料は第１表より尚３〜７．Ｎα
１ｏ〜１３．Ｎα］　５〜１８　、　Ｎａ２１〜２６　
、　Ｎａ２８〜３１である。この中試料階２６は非直線
指数αが低く実用に供さない。

従って、Ｐ　ｒは０．０８〜５．０原子俤、Ｃｏは０．
１〜１０．０原子チ、Ｍｇは０．０１〜５．０原子係、
Ｂは０．０００５〜０．１原子俤の範囲内で添加する必
要がある。

第１表から明らかなように、副成分としてのＰｒ、Ｃｏ
、Ｍｇ系にＢおよび八１を添加することにより、長波尾
サージ電流耐量と課電寿命特性が大巾に改良される。こ
れはＺｎＯにＰｒ、Ｃｏ、Ｍｇ。

Ｂ、　ＡＩが共存して初めて達成されるものである。

これらの副成分を単独に添加すると電圧非直線性は極め
て悪く、はジオ−ミッタな特性しか得られず実用に供す
ることができない。

第１表においては、希土類元素としてＰｒについてのみ
例示したが、Ｐｒ以外の希土類元素あるいは２種類以上
の希土類元素についても、ＢおよびＡＩの添加による効
果はＰｒ単独の場合と同様、優れた非直線性を失わずに
長波尾サージ電流耐量と課電寿命特性の大巾な改良が見
出された。これらの結果を第２表に示す。

第　　２　　表 第３表および第４表は、Ｍｇの代わりにＣａを添加して
製造した場合の抵抗体の特性を示す。

第３．４表より、この場合も希土類元素は０ｆｆ８〜５
〔）原子チ、Ｃｏは０．１〜１０．０原子チ、Ｃａは０
．（ｌ　１〜５．０　原子％、Ｂは５　ｘ　１０−’　
〜１　ｘ　１０−’ｉ子饅、ＡＩはＩ　Ｘ　１０−’〜
５　Ｘ　１０−”原子価の範囲内で添加する必要がある
ことが明らかである。

第　　３　　表 −１１− 第　　４　　表 さらにＭｇおよびＣａの両者を共存させて添加した場合
の抵抗体の特性を第５表に示す。第５表により、Ｍｇお
よびＣａが共存しても単独の場合と同様の効果が得られ
ることが明らかである。

またＡＩのかわりにガリウム又はインジウムを用いた場
合も第１〜５表と同じ効果か得られた。

第　　５　　表 上述したようｌこ、本発明の電圧非直線抵抗体は、良好
な電圧非直線性を保持した上で、長波尾サージ電流耐量
とｆｉ！寿命が大巾に向上し、従ってバリスタとして極
めて有効に使用することができる。

−１３−

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 酸化亜鉛を主成分とし、これに副成分として少くとも一
   種の希土類元素を総量で０．０８〜５．０原子％、コハ
   ルトヲ０，１〜１０．０原子チ、マグネシウムおよびカ
   ルシウムの少くとも一方を総量で００１〜５．０原子チ
   、硼素を５　Ｘ　１０−’　〜Ｉ　Ｘ　１０’−’原子
   ｅｌＪおよびアルミニウム、ガリウム、インジウムの中
   から少くとも一種を総量でｌＸｌ０−’〜５　Ｘ　１０
   １原子チの範囲で添加し焼成してなることを特徴とする
   電圧非直線抵抗体。